第三章 蓄電池
    第一節(jié)蓄電池構(gòu)造
    一、蓄電池功用
    汽車配裝有蓄電池和發(fā)電機兩個直流電源，整車用電設(shè)備均與兩個直流電源并聯(lián)連接，電路如圖3-1所示。當(dāng)發(fā)動機正常工作時，用電設(shè)備所需電能主要由發(fā)電機供給。蓄電池的功能如下。

   （1）發(fā)動機起動時，向起動機和點火系統(tǒng)供電。
   （2）發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)、發(fā)電機不發(fā)電或電壓較低時，向用電設(shè)備和交流發(fā)電機磁場繞組供電。
   （3）發(fā)動機中高速運轉(zhuǎn)、發(fā)電機正常供電時，將發(fā)電機剩余電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來。
   （4）發(fā)電機過載時，協(xié)助發(fā)電機向用電設(shè)備供電。
   （5）蓄電池相當(dāng)于一只大容量電容器，不僅能夠保持汽車電氣系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，而且還能吸收電路中出現(xiàn)的瞬時過電壓，保護電子元件不被損壞。
    當(dāng)接通起動開關(guān)起動發(fā)動機時，蓄電池在3～5s內(nèi)必須連續(xù)向起動機供給強大電流（汽油發(fā)動機汽車一般為200～600A；柴油發(fā)動機汽車一般為800～1000A），根據(jù)這一工作特點，對汽車用蓄電池的主要要求是：容量大、內(nèi)阻小，以保證蓄電池具有足夠的起動能力。如果蓄電池容量不足或內(nèi)阻過大，那么就不能供給強大電流，發(fā)動機就不能起動。

    二、蓄電池分類
    蓄電池是一種可逆的低壓直流電源，既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，也能將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。蓄電池分為堿性蓄電池和酸性蓄電池兩大類。堿性蓄電池的電解液為化學(xué)純凈的氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。酸性蓄電池的電解液為化學(xué)純凈的硫酸溶液。因為酸性蓄電池極板上活性物質(zhì)的主要成分是鉛，所以稱為鉛酸蓄電池。
    由于鉛酸蓄電池具有內(nèi)部電阻小、輸出電壓穩(wěn)定、制造成本低、原材料豐富等突出優(yōu)點，因此汽車普遍采用。汽車配裝蓄電池的主要目的是起動發(fā)動機，所以汽車用鉛酸蓄電池稱為起動型鉛酸蓄電池，簡稱為蓄電池。
    汽車用蓄電池按其結(jié)構(gòu)可分為橡膠槽蓄電池和塑料槽蓄電池兩類，按其性能可分為濕荷電蓄電池、干荷電蓄電池和免維護蓄電池三類。現(xiàn)代汽車普遍采用干荷電與免維護蓄電池。
    1.濕荷電蓄電池
    蓄電池加注電解液后，極板才能保存充電過程中所得電量的蓄電池稱為濕式荷電蓄電池，簡稱濕荷電蓄電池。
    2．干荷電蓄電池
    極板在干燥狀態(tài)下，能在較長時間（一般2年）內(nèi)保存制造過程中所得電量的蓄電池稱為干式荷電蓄電池，簡稱干荷電蓄電池。
    3．免維護蓄電池
    蓄電池在有效使用期（一般4年）內(nèi)無需進行添加蒸餾水等維護工作的蓄電池稱為免維護蓄電池或無需維護蓄電池，英文名稱為Maintenance-Free Battery，簡稱MF蓄電池。
    三、蓄電池結(jié)構(gòu)
    蓄電池主要由極板、隔板、電解液、殼體、聯(lián)條和極柱組成。現(xiàn)代汽車用蓄電池由6個單格電池串聯(lián)而成。每個單格電池的電壓約為2V，串聯(lián)成12V以供汽車選用。12V電氣系統(tǒng)汽車選用一只電池；24V電氣系統(tǒng)汽車選用兩只電池。各型汽車用蓄電池的構(gòu)造基本相同，都是由極板、隔板、電解液和殼體四部分組成。干荷電蓄電池的主要特點是極板制造工藝有所不同，免維護蓄電池的主要特點是極板材料和通氣裝置有所不同。上海桑塔納轎車用干荷電蓄電池的構(gòu)造如圖3-2所示。

    1．極板
    極板是蓄電池的核心部分。在蓄電池充放電過程中，電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換依靠極板上的活性物質(zhì)與電解液中的硫酸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)。
    極板由柵架和活性物質(zhì)組成。活性物質(zhì)是指極板上參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，主要由鉛粉與一定密度的稀硫酸混合而成。鉛粉是活性物質(zhì)的主要原料，由鉛塊放入球磨機研磨而成。
柵架由鉛銻合金或鉛鈣錫合金澆鑄或滾壓而成，形狀如圖3-3所示。在濕荷電蓄電池柵架中，含銻量為6%^'8.5%。加銻的目的是改善澆鑄性能和提高機械強度。但銻有副作用，會加速氫的析出而加速電解液中蒸餾水的消耗，還易從正極板柵架中解析出來而引起蓄電池自放電和柵架膨脹、潰爛，縮短蓄電池的使用壽命。目前，國內(nèi)外汽車蓄電池大都采用干荷電蓄電池和免維護蓄電池，前者的柵架采用鉛低銻（含銻量小于3%）合金澆鑄，后者的柵架采用鉛鈣錫合金澆鑄，從而可大大減少電解液中蒸餾水的消耗。

    極板分為正極板和負極板兩種。將鉛粉與稀硫酸混合成膏狀涂在柵架上即得生極板，生極板經(jīng)熱風(fēng)干燥，再放入稀硫酸中進行化成（在蓄電池生產(chǎn)工藝中，對極板進行充電的過程稱為“化成”，一般充電18～20h）處理便可得到正極板和負極板。正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛（PbO2），呈深棕色；負極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛
（Pb），呈深灰色。
    為了提高負極板上活性物質(zhì)的多孔性，防止其在使用過程中產(chǎn)生硫化，常在負極板的鉛膏中加入少量腐殖酸、硫酸鋇、木素磺酸鈉和木素磺酸鈣等添加劑。其中，木素磺酸鈉和木素磺酸鈣對改善蓄電池的低溫起動性能有顯著效果。
    目前，國內(nèi)外都采用1.1～1.5mm厚的薄型極板（正極板比負極板稍厚）。薄型極板對提高蓄電池的比容量（即單位尺寸所提供的容量）和起動性能都十分有利。
    將一片正極板和一片負極板浸入電解液中，便可得到2V左右的電壓。為了增大蓄電池的容量，將多片正、負極板分別并聯(lián)，用匯流條焊接起來便分別組成正、負極板組，其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。匯流條上澆鑄有極柱；各片極板之間留有空隙。安裝時，各片正負極板相互嵌合，中間插入隔板后裝入電池槽內(nèi)便形成單格電池。

    在每個單格電池中，負極板總比正極板多一片。如東風(fēng)EQ 1090型載貨汽車用6-QA-105型蓄電池的每個單格電池中，正極板為7片，負極板則為8片。因為正極板上的化學(xué)反應(yīng)比負極板上的化學(xué)反應(yīng)劇烈，所以正極板夾在負極板之間，可使其兩側(cè)放電均勻，防止活性物質(zhì)體積變化不一二致而造成極板拱曲。
    蓄電池的額定容量可按單格電池內(nèi)正極板的額定容量來計算。因為單格電池內(nèi)各片正極板均并聯(lián)，所以蓄電池的額定容量q。（即20h率額定容量）等于每片正極板的額定容量CS乘以單格電池內(nèi)正極板片數(shù)n，即
                                    C20=CS·n
    例如：東風(fēng)EQ 1090型載貨汽車用6-QA-105型蓄電池每個單格電池有正極板7片，每片正極板的額定容量為15Ah，所以該電池的額定容量為
                          C20=CS·n=15×7=105（Ah）
2.隔板
    為了減小蓄電池內(nèi)阻和尺寸，正、負極板應(yīng)盡可能靠近。為了防止相鄰正、負極板彼此接觸而短路，正、負極板之間要用隔板隔開。隔板應(yīng)具有多孔性，以便電解液滲透，還應(yīng)具有良好的耐酸性和抗氧化性。
    隔板材料有木質(zhì)、微孔橡膠和微孔塑料等。木質(zhì)隔板耐酸性能差，在硫酸作用下容易炭化和變脆，且消耗木材不符合保護環(huán)境的時代發(fā)展潮流，因此已不再使用。微孔橡膠和微孔塑料隔板耐酸、耐高溫性能好、壽命長，且成本低，因此目前使用廣泛。
    微孔橡膠和微孔塑料隔板的結(jié)構(gòu)如圖3-5（a）所示。安裝隔板時，帶槽一面應(yīng)面向正極板，且溝槽必須與殼體底部垂直。因為正極板在充、放電過程中化學(xué)反應(yīng)劇烈，溝槽能使電解液上下流通，也能使氣泡沿槽上升，還能使脫落的活性物質(zhì)沿槽下沉。

    免維護蓄電池采用了袋式聚氯乙烯隔板，結(jié)構(gòu)如圖3-5（b）所示。使用時，正極板被隔板袋包住，脫落的活性物質(zhì)保留在袋內(nèi)，不僅可以防止極板短路，而且可以取消殼體底部凸起的筋條，使極板上部容積增大，從而增大電解液的儲存量。

    3．電解液
    電解液由純硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。相對密度一般為1.23g/cm3～1.30g/cm3。電解液的純度是影響蓄電池電氣性能和使用壽命的重要因素。因此蓄電池用電解液必須符合JB/T 10052-2010《鉛酸蓄電池用電解液》規(guī)定，所用硫酸必須符合HG/T 2692-2007《蓄電池用硫酸》規(guī)定，所用蒸餾水必須符合JB/T 10053-2010《鉛酸蓄電池用水》規(guī)定。工業(yè)用硫酸和普通水中銅、鐵等雜質(zhì)較多，會加速自放電，故不能用于蓄電池。
    4．殼體
    蓄電池殼體由電池槽和蓋組成，其功能是盛裝電解液和極板組。殼體有硬橡膠和聚丙烯塑料殼體兩種，前者用于濕荷電蓄電池，后者用于干荷電和免維護蓄電池。
    殼體應(yīng)耐酸、耐熱、耐振動沖擊。塑料殼體不僅耐酸、耐熱、耐振動沖擊，而且殼壁薄而輕（厚約2mm，硬橡膠殼體一般為5mm）、易于熱封合，外形美觀、透明，成本低、生產(chǎn)效率高，目前在國內(nèi)外蓄電池中得到廣泛應(yīng)用。
    電池槽由隔壁分成6個互不相通的單格，底部制有凸起的筋條，以便放置極板組。筋條與極板底緣組成的空間可以積存極板脫落的活性物質(zhì)，防止正、負極板短路。對于采用袋式隔板的免維護蓄電池，因為脫落的活性物質(zhì)存積在袋內(nèi)，所以不必設(shè)置筋條。
    蓄電池蓋有硬橡膠蓋和聚丙烯耐酸塑料蓋兩種。前者與硬橡膠電池槽配用，電池蓋與電池槽之間的縫隙用瀝青封口劑填封。后者與聚丙烯耐酸塑料電池槽配用，電池蓋與電池槽之間采用熱壓工藝粘合為整體結(jié)構(gòu)。
    在蓄電池蓋上，每個單格電池都設(shè)有一個加液孔。旋下加液孔蓋，可以加注電解液或檢測電解液密度；孔蓋上設(shè)有通氣孔，該小孔應(yīng)保持暢通，以便排出化學(xué)反應(yīng)放出的氫氣和氧氣，防止外殼脹裂或發(fā)生爆炸事故。
    對于全密封型免維護蓄電池，由于蓄電池蓋上沒有設(shè)置加液孔，因此不能用傳統(tǒng)的密度計測量電解液的相對密度，為此在這種免維護蓄電池上設(shè)有一只小型密度計來指示蓄電池的技術(shù)狀況，如圖3-6所示。在內(nèi)裝式密度計中設(shè)有一根透明塑料管，透明塑料管伸入電解液中，下端連接一個籠子，籠子中有一個綠色小球。蓄電池充電程度（或電解液密度）的變化時，綠色小球在籠子中就會上下移動。當(dāng)相對密度大于1.22（充電程度65％以上）時，綠色小球上升至籠子頂部并與透明塑料管下端接觸，從蓄電池蓋上玻璃管頂端的觀察孔中就會看到綠色亮點，表示蓄電池技術(shù)狀態(tài)良好，如圖3-6（b）所示；如果看不到綠點而顯示為淺綠色，如圖3-6（c）所示，說明小球位置下降，表示電解液密度降低，蓄電池充電不足，應(yīng)及時充電；如果觀察到淺黃色或無色，如圖3-6（d）所示，說明電解液液面已下降到籠子底部，表示蓄電池己無法正常工作，必須更換新品。

    5.聯(lián)條和極柱
    一只蓄電池一般由3個或6個單格電池串連而成，額定電壓分別為6V或12V。單格電池的串聯(lián)方法一般有傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接、內(nèi)部穿壁式連接和跨越式三種方式，如圖3-7所示。

    早期的蓄電池大多數(shù)采用傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接，圖3-7（a）這種連接方式工藝簡單，但耗鉛量多，連接電阻大，因而起動時電壓降大、功率損耗也大，且易造成短路。新型蓄電池則采用先進的穿壁或跨接式連接方式。穿壁式連接如圖3-7（b）所示，它是在相鄰單格電池之間的間壁打孔供連接條穿過，將兩個單格電池的極板組極柱連焊在一起。跨接式連接如圖3-7（c）所示，在相鄰單格電池的間壁上邊留有豁口，連接條通過豁口跨越間壁將兩個單格電池的極板組極柱相連接，所有連接條均布置在整體蓋的下面。
    穿壁式和跨接式連接方式與傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接方式相比，有連接條短、省材料、電阻小、啟動性能好等優(yōu)點，且連接條損耗減少80%，端電壓提高0.15～0.4V，節(jié)省材料約50％以上，因而得到廣泛應(yīng)用。
    極柱有正、負極柱兩種，各一個，一般在蓄電池的上部。按其形狀不同分為圓柱式和接片式兩種。

    四、蓄電池型號與選用
    根據(jù)JB/T 2599-2012《鉛酸蓄電池名稱、型號編制與命名方法》規(guī)定，蓄電池型號由三部分組成，各部分之間用破折號分開，其內(nèi)容及排列如圖3-8所示。

    1．單格數(shù)
    蓄電池型號單格數(shù)指一個整體殼體內(nèi)所包含的單格電池數(shù)目，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。
    2．類型代號
    根據(jù)蓄電池主要用途劃分，起動型蓄電池用Q表示，代號Q是漢字“起”的第一個拼音字母。
    3．特征代號
    為附加部分，僅在同類用途的產(chǎn)品具有某種特征，而在型號中又必須加以區(qū)別時采用。如為干荷電蓄電池，則用漢字“干”的第二個拼音字母“A”表示；如為無需（免）維護蓄電池，則用“無”字的第一個拼音字母“W”來表示。當(dāng)產(chǎn)品同時具有兩種特征時，原則上應(yīng)按表3-1所示順序用兩個代號并列表示。



    4.額定容量
    蓄電池型號中額定容量是指20h率額定容量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為安培·小時（從），在型號中可略去不寫。
    5．特殊性能
    在產(chǎn)品具有某些特殊性能時，可用相應(yīng)的代號加在型號末尾表示。如“G”表示薄型極板的高起動率電池，“S”表示采用工程塑料外殼與熱封合工藝的蓄電池。
    【例3-1】東風(fēng)EQ2102型越野汽車用6-QW 180型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為180Ah的起動型免維護蓄電池。
    【例3-2】北京BJ2020型吉普車用6-QA-60型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為60Ah的起動型干荷電蓄電池。
    【例3-3】東風(fēng)EQ 1090型載貨汽車用6-Q-105型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為105Ah的起動型蓄電池。
    在選擇蓄電池時，根據(jù)GB5008.2-2013《起動用鉛酸蓄電池第2部分：產(chǎn)品品種規(guī)格和端子尺寸、標(biāo)記》規(guī)定選用，塑料槽上固定式蓄電池品種和規(guī)格見表3-2；塑料槽下固定式蓄電池品種和規(guī)格見表3-3。

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